Wie Sonnenenergie die Erdatmosphäre beeinflusst

Die Sonne liefert Energie für fast alles, was auf der Erde passiert. Wissenschaftler des Labors für Atmosphären- und Weltraumphysik haben es klar formuliert: "Solarstrahlung treibt die komplexe und eng gekoppelte Zirkulationsdynamik, Chemie und Wechselwirkungen zwischen den Atmosphäre, Ozeane, Eis und Land, die die terrestrische Umwelt als Lebensraum der Menschheit erhalten." Anders ausgedrückt, fast alles, was in der Atmosphäre passiert, geschieht aufgrund der Sonnenenergie Energie. Dies lässt sich an einigen konkreten Beispielen demonstrieren.

Sonnenlicht trifft die Erde am direktesten am und in der Nähe des Äquators. Die dort absorbierte zusätzliche Sonnenenergie erwärmt Luft, Land und Wasser. Die Wärme von Land und Wasser wird wieder in die Luft geleitet und erwärmt sie noch mehr. Die heiße Luft steigt auf. Es muss etwas an seine Stelle treten, damit kühlere Luft aus dem Norden und Süden hereinströmt. Das erzeugt einen Luftstrom – ein Kreislauf vom Äquator aufwärts und teilt sich nach Norden und Süden, dann kühlt er ab und fällt wieder an die Oberfläche und kehrt die Richtung um, um wieder zum Äquator zu gelangen. Fügen Sie die Auswirkungen der Erdrotation hinzu und Sie erhalten Passatwinde – den konstanten Luftstrom über die Erdoberfläche. Obwohl die Winde durch die Erdrotation modifiziert werden, ist es wichtig zu wissen, dass sie nicht durch die Erdrotation erzeugt werden. Ohne Sonnenenergie gäbe es keine Passatwinde oder Jetstreams.

Einige Wellenlängen der Sonnenenergie sind stark genug, um Moleküle zu spalten. Sie tun dies, indem sie einem Elektron so viel Energie geben, dass es direkt aus dem Molekül herausschießt. Das ist ein Vorgang, der als Ionisation bezeichnet wird, und die positiv geladenen Atome, die zurückbleiben, werden als Ionen bezeichnet. In der oberen Atmosphäre, 80 Kilometer über der Oberfläche, absorbieren Sauerstoffmoleküle ultraviolette Wellenlängen – Wellenlängen der Sonnenstrahlung zwischen 120 und 180 Nanometern (Milliardstel ein Meter). Da Sonnenlicht in dieser Höhe Ionen erzeugt, wird diese Schicht der Atmosphäre als Ionosphäre bezeichnet. Sonnenlicht beeinflusst die Erdatmosphäre, aber ein Nebeneffekt ist, dass die Atmosphäre diese gefährliche ultraviolette Strahlung absorbiert.

Etwa 25 Kilometer über der Oberfläche ist die Atmosphäre viel dichter als in der Ionosphäre. Hier ist die höchste Dichte an Ozonmolekülen. Reguläre Sauerstoffmoleküle bestehen aus zwei Sauerstoffatomen; Ozon besteht aus drei Sauerstoffatomen. Die Ionosphäre absorbiert das Ultraviolett von 120 bis 180 Nanometern, das darunter liegende Ozon absorbiert ultraviolette Strahlung von 180 bis 340 Nanometern. Es gibt ein natürliches Gleichgewicht, weil ultraviolettes Licht ein Ozonmolekül in ein zweiatomiges Sauerstoffmolekül und ein einzelnes Sauerstoffatom aufspaltet; aber wenn ein einzelnes Atom mit einem anderen Sauerstoffmolekül zusammenstößt, hilft ihnen ultraviolettes Licht, sich zu einem neuen Sauerstoffmolekül zu verbinden. Wiederum ein glücklicher Zufall ist, dass die Photochemie, die in der Ozonschicht stattfindet, viel ultraviolette Strahlung absorbiert, die sonst auf die Erde gelangen und eine Gefahr für lebende Organismen darstellen würde.

Ein weiterer kritischer Bestandteil der Atmosphäre ist Wasserdampf. Wasserdampf transportiert Wärme leichter als Gase, daher ist die Wasserdampfzirkulation von entscheidender Bedeutung für das Wetter. Es ist auch für das Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung, da Wasser aus den Ozeanen durch Sonnenlicht erhitzt wird, um in die Atmosphäre aufzusteigen, wo Winde es über das Land blasen. Wenn das Wasser abkühlt, kehrt es als Regen an die Oberfläche zurück. Die Bewegung von Sturmfronten ist im Wesentlichen das Ergebnis von Kollisionen zwischen Luftmassen mit unterschiedlichem Wassergehalt. Jeder Windstoß, jeder Sturm, den Sie je gesehen haben, jeder Tornado und Hurrikan wurde daher von Sonnenenergie angetrieben.